1.5 设计依据与基础参数
1.5.1 设计基础参数
(1)原油密度
所输原油密度ρ(g/cm)随温度t(℃)的变化关系为：
ρ=ρ-ζ(T-20) (1-1)
式中：ρ--20度下原油密度(kg/m)，取870 kg/m；
ζ --ζ=1.825-0.001315ρ；
T--平均输油温度(℃)，取40℃；
即得
ρ=870-0.68095(T-20) (1-2)
(2)原油粘度
由最小二乘法回归粘温关系如表1-11
表1-11 粘温关系回归表
温度(℃) | 70 | 60 | 50 | 45 | 40 | 35 |
lcm液晶显示模块粘度(mm2/s) | 38.4 | 61.5 | 93.6 | 120.1 | 152.3 | 200 |
Logν | 1.584 | 1.789 | 1.971 | 2.080 | 2.183 | 2.300 |
| | | | | | |
宏嘉焊锡
取xi为T，yi为logν
Σxi=300
Σyi=11.908
Σ(xiyi)=578.225
Σxi=15850
b==-0.0202
a==2.995
回归结果为logν=2.995-0.0202T
得原油粘度为：
ν=102.995-0.0202T (1-3)
式中：T--平均输油温度(℃)；
(3)原油比热容
所输原油的比热容为2100J/kg℃
(4)平均输油温度
在加热输送条件下，计算温度采用平均输油温度T，平均输油温度采用加权法，按下式计算： T= (1-4)
式中：TR--原油出站温度，取60℃；
TZ--原油进站温度，取30℃；
2) 总传热系数
由
(1-5)
式中：D--管道外径(m)；
h--土壤导热系数(w/m℃)，取0.9 w/m℃；
tz15
--管道中心埋深(m)，取1.5 m；
得=2.342
K= (1-6)
式中：--沥青防腐层(m)，0.006 m；
--防腐层导热系数(w/m℃)，取0.15w/m℃；
得总传热系数K=2.141 (w/m℃)；
1.5.2 其它设计参数
管道全线任务输量、最小输量、进出站油温、埋深处月平均气温等列于表1-12设计参数表中。生产天数按照350天计算。
表1-12 设计参数表
任务输量(×10t/a) | 最小输量(×10t/a) | 管线里程(Km) | 最高出站油温℃ | 最低出站油温℃ | 埋深处月平均气温℃ |
600 | 342 | 250 | 60 | 30 | 5.0 |
| | | | | |
1.6.1 管径及管材的初选
1)管径选择
根据规范，输油管道经济流速范围为1.0-2.5m/s，管径计算公式如下：
d= (1-7)
式中：Q--额定任务输量(m/s)；
V--管内原油经济流速(m/s)；
d--管道内径(m)；
根据输量计算结果如下表1-13：
表1-13 初选管径表
经济流速 洗手粉(m/s) | 计算结果 (mm) | 初选管Ⅰ (mm) | 初选管Ⅱ (mm) | 初选管径Ⅲ (mm) |
1.5 | 432.7 | 406.4 | 457 | 508 |
| | | | |
2)管材选用
本工程采用直缝电阻焊钢管。
综合考虑输油系统的压力、输油泵的特性、阀门及管件的耐压等级等综合因素，管材选用按照API标准生产的X60直缝电阻焊钢管，局部高压管段选用按照API标准生产的X80直缝电阻焊钢管。
根据输量的大小，本次设计提出了3种可能的管径，分别是Φ406.4×6.4、Φ457×7.1、Φ508×7.9。在这里采用费用现值来确定最经济管径。 1.6.2 费用现值法确定经济管径
1)确定经济管径的原则
对某一输量下的管路，随着管径的增大，基本建设中钢材及线路工程投资增大，但压力损失降低，泵站数减少，站场投资减少。而有些项目如道路、供水、通讯等投资不变。故总投资随着管径的变化必有极小值存在，而输油能耗也在下降。其它项目如材料费、折旧费 、税金、管理及维修费等是按照投资总额提成一定比例计算的。该费用随着管径的变化与投资随着管径的变化趋势相同，所以总投资与经营费用的叠加总有一个与其最小值对应。该费用最小值的管径为最优管径。
2)费用现值法
费用现值比较法简称现值比较法。使用该方法时，先计算各比较方案的费用现值，然后进行对比，以费用现值较低的方案为优。
费用现值法的计算公式为：
(1-8)
式中：I--第t年的全部投资(包括固定资产和流动资金)；
’--第t年的经营成本；
S--计算期末回收的固定资产余值(此处为0)；
W--计算期末回收的流动资金；
N--计算期 N=16；
i--行业基准收益率 =12%；
油气储运企业的要素成本包括：电力费用、工资及福利费、修理费、油气损耗费、折旧费、利息支出、其他费用。
3)经营成本和流动资金
年经营成本＝燃料费用＋电力费用＋工资及福利费＋修理费＋油气损耗费＋折旧费+其他费用
燃料费用主要是指加热设备(包括加热炉和锅炉)的燃料费用。
对于长距离输油管道系统，燃料费用主要是原油加热输送工艺中加热炉的燃料油费用。可根据原油进出站温度计算，计算公式如下：
SR= G Cy (TRi –Tzi) nR (1-9)
式中：SR --燃料费用，元/年；
ey--燃料油价格，元/吨；
Cy --原油比热，J/kg℃；
BH--燃料油热值，J/kg；
TRi --第i加热站的出站温度，℃；
TZi --第i加热站的进站温度，℃；
Ri--第i加热站的加热炉效率；
G--管道年输量，吨/年；
nR--加热站个数；
电力费用是指用于支付泵的电力设备和电动机具所消耗电能的费用，主要是输油泵等动力设备的电费。
对于长输管道系统，电力费用主要是泵站输油泵机组的电费。
全线的电力费用可采用下式计算：
shenh SP= (1-10)
式中：SP--全线泵机组所消耗的电力费用，元/年；
H --第i泵站的扬程，m；
ed --电力价格，元/kWh；
ηpei--第i泵站泵机组的效率；
G--年输量，吨/年；
油气损耗费包括大罐的蒸发损耗和泄漏损失等，可按年输量或销售量的一定比例计算。
油气损耗费＝损耗比例×年输量(或年销量)×油价(或气价)
损耗比例一般可取为0.1%～2.3%。
固定资产形成率为85%，综合折旧率取7.14%(综合折旧年限为14年)，残值为0。
修理费按固定资产原值的1%计算，输油成本中其他费用按工资总额与职工福利费之和的2倍计算。
水电设施、道路、通讯设施等费用按线路投资与输油站投资之和的12%计算。
管道建设期为2年，第一年和第二年投资分别按总投资的40%、60%计算，固定资产投资方向调节税税率为0。固定资产的30%为自有资金，70%为建设银行贷款，贷款利率为8%。
流动资金利用扩大指标估算法，按流动资金占固定资产原值的5%计算。
4)比较方案
三种管径的计算结果如下：
Φ406.4×6.4的费用现值为116209.405万元。
Φ457×7.1的费用现值为59526.39万元。
Φ508×7.9的费用现值为59609.1万元。
其中Φ457×7.1的费用现值最小，采用Φ273×7的管道进行施工和投产运行更为经济。
1.6.3 管道壁厚选择
根据《输油管道工程设计规范》，输油管道直管段钢管管壁厚按下式计算：
= (1-11)
式中：P包边角钢--设计内压力(MPa)；
D--钢管外径(mm)；
K--设计系数，取0.72；
--材料的最低屈服强度(MPa)；
--焊缝系数，取1.0；
管道系统设计压力为7MPa时，管道选用X60直缝电阻焊钢管，屈服强度413MPa，壁厚计算结果如下表1-14：
表1-14 壁厚计算表
公称直径 (mm) | 计算壁厚 (mm) | 腐蚀余量 (mm) | 实选壁厚 (mm) | 管道外径 (mm) |
DN457 | 5.379 | 1 | 7.1 | Φ457×7.1 |
| | | | |
1.7 输油工程
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